JP6816615B2 - Insulated gate bipolar transistor - Google Patents
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本明細書に開示の技術は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタに関する。なお、以下では、絶縁ゲートバイポーラトランジスタを、IGBT(insulated gate bipolar transistor)という。 The techniques disclosed herein relate to insulated gate bipolar transistors. In the following, the insulated gate bipolar transistor will be referred to as an IGBT (insulated gate bipolar transistor).
特許文献1に記載のIGBTは、複数のトレンチを有している。各トレンチ内に、ゲート絶縁膜とゲート電極が配置されている。また、間隔を開けて隣り合う2つのトレンチの間の各範囲(以下、トレンチ間範囲という)には、n型のエミッタ領域が配置されている。各トレンチ間範囲に、複数のエミッタ領域が配置されている。各エミッタ領域は、エミッタ電極に接する範囲において、一方のゲート絶縁膜に接する位置から他方のゲート絶縁膜に接する位置まで伸びている。各トレンチ間範囲において、複数のエミッタ領域が、トレンチの長手方向に間隔を開けて配置されている。間隔を開けて隣り合う2つのエミッタ領域の間の各範囲では、p型のボディ領域がエミッタ電極に接している。ボディ領域は、各エミッタ領域の下側まで伸びており、各エミッタ領域を互いから分離している。ボディ領域の下側には、n型のドリフト領域と、p型のコレクタ領域が配置されている。 The IGBT described in Patent Document 1 has a plurality of trenches. A gate insulating film and a gate electrode are arranged in each trench. Further, an n-type emitter region is arranged in each range (hereinafter, referred to as an inter-trench range) between two adjacent trenches at intervals. A plurality of emitter regions are arranged in the range between each trench. Each emitter region extends from a position in contact with one gate insulating film to a position in contact with the other gate insulating film in a range in contact with the emitter electrode. Within each trench range, a plurality of emitter regions are spaced apart in the longitudinal direction of the trench. In each range between two adjacent emitter regions at intervals, a p-shaped body region is in contact with the emitter electrode. The body region extends below each emitter region, separating each emitter region from each other. An n-type drift region and a p-type collector region are arranged below the body region.
ゲート電極に閾値以上の電位を印加すると、IGBTがオンする。すなわち、エミッタ領域から、チャネル(ボディ領域に形成された反転層)とドリフト領域を経由してコレクタ領域へ電子が流れる。また、コレクタ領域からドリフト領域へホールが流入する。ホールは、ドリフト領域からボディ領域を介してエミッタ電極へ流れる。コレクタ領域からドリフト領域にホールが流入することによって、ドリフト領域におけるホールの濃度が上昇し、ドリフト領域の抵抗が低下する。したがって、電子が、低損失でドリフト領域を通過する。 When a potential equal to or higher than the threshold value is applied to the gate electrode, the IGBT is turned on. That is, electrons flow from the emitter region to the collector region via the channel (inverted layer formed in the body region) and the drift region. In addition, holes flow from the collector area to the drift area. The holes flow from the drift region through the body region to the emitter electrode. As the holes flow from the collector region into the drift region, the concentration of the holes in the drift region increases and the resistance in the drift region decreases. Therefore, the electrons pass through the drift region with low loss.
ゲート電極の電位を閾値よりも低い電位に低下させると、チャネルが消失し、電子の流れが停止する。また、ドリフト領域内に存在しているホールが、ボディ領域を介してエミッタ電極へ排出される。このため、ゲート電極の電位を引き下げた直後の短時間の間は、IGBTにホールの排出に起因する電流が流れる。 When the potential of the gate electrode is lowered to a potential lower than the threshold value, the channel disappears and the flow of electrons is stopped. Further, the holes existing in the drift region are discharged to the emitter electrode via the body region. Therefore, a current due to the discharge of holes flows through the IGBT for a short time immediately after the potential of the gate electrode is lowered.
また、IGBTの製造工程において、半導体基板の表面の一部に微小な異物が付着する場合がある。異物によって、ボディ領域とエミッタ電極の間の界面の抵抗が高くなる場合がある。 Further, in the manufacturing process of the IGBT, a minute foreign substance may adhere to a part of the surface of the semiconductor substrate. Foreign matter can increase the resistance of the interface between the body region and the emitter electrodes.
特許文献1のように、トレンチ間範囲に一方のゲート絶縁膜に接する位置から他方のゲート絶縁膜に接する位置まで伸びるエミッタ領域が間隔を開けて複数個配置されているIGBTにおいては、異物の付着によってラッチアップが生じやすくなるという問題がある。図14は、この種のIGBTに異物120が付着した状態を例として示している。なお、図14には、エミッタ領域102a〜102c、ボディ領域104、ドリフト領域106、コレクタ領域108、エミッタ電極110及びコレクタ電極112が示されている。図14は、x方向に間隔を開けて配置されている図示しない2つのトレンチの間のトレンチ間範囲を、各トレンチの長手方向(y方向)に沿って切断した断面を表している。図14では、エミッタ領域102aとエミッタ領域102bの間の範囲130においてボディ領域104の表面が異物120によって覆われている。異物120が存在する範囲130では、ボディ領域104とエミッタ電極110の界面の抵抗が極めて高く、ボディ領域104がエミッタ電極110から実質的に絶縁されている。図14のIGBTがオフするときに、ドリフト領域106内に存在しているホールが、ボディ領域104を介してエミッタ電極110へ排出される。このとき、ドリフト領域106から異物120の直下のボディ領域104に流入したホールは、範囲130内ではエミッタ電極110へ向かって流れることができない。したがって、このようなホールは、ボディ領域104内を横方向に流れてエミッタ領域102bの下側を通り、範囲130の隣の範囲132においてエミッタ電極110へ排出される。ホールがボディ領域104内を横方向に流れる経路では、電位差が生じる。このため、異物120の直下のボディ領域104では、その周囲のボディ領域104のよりも電位が高くなる。異物120の直下のボディ領域104の電位が高くなると、異物120の直下のボディ領域104とエミッタ領域102a(または、エミッタ領域102b)の界面のpn接合に順方向に電圧が印加される。この電圧によってボディ領域104からエミッタ領域102bにホールが流入し易い。ボディ領域104からエミッタ領域102bにホールが流入すると、IGBTがラッチアップし、ゲート電位によってIGBTを制御することができなくなる。
As in Patent Document 1, in an IGBT in which a plurality of emitter regions extending from a position in contact with one gate insulating film to a position in contact with the other gate insulating film are arranged at intervals in a range between trenches, foreign matter adheres. There is a problem that latch-up is likely to occur. FIG. 14 shows a state in which the
したがって、本明細書では、上述したようにエミッタ領域が配置されているIGBTにおいて、ラッチアップを抑制する技術を提供する。 Therefore, the present specification provides a technique for suppressing latch-up in the IGBT in which the emitter region is arranged as described above.
本明細書が開示するIGBTは、半導体基板と、前記半導体基板の表面に設けられている第1トレンチと、前記第1トレンチ内に配置されているとともに第1ゲート絶縁膜によって前記半導体基板から絶縁されている第1ゲート電極と、前記半導体基板の表面に前記第1トレンチに沿って設けられているとともに前記第1トレンチから間隔を開けて配置されている第2トレンチと、前記第2トレンチ内に配置されているとともに第2ゲート絶縁膜によって前記半導体基板から絶縁されている第2ゲート電極と、前記表面上に配置されているとともに前記第1ゲート電極及び前記第2ゲート電極から絶縁されているエミッタ電極を有する。前記半導体基板が、複数のエミッタ領域と、複数のボディコンタクト領域と、高濃度ボディ領域と、低濃度ボディ領域と、ドリフト領域を有する。前記複数のエミッタ領域は、前記第1トレンチと前記第2トレンチの間に配置されており、前記エミッタ電極に接する範囲において前記第1ゲート絶縁膜に接する位置から前記第2ゲート絶縁膜に接する位置まで伸びており、前記第1トレンチの長手方向に間隔を開けて配置されている。前記複数のボディコンタクト領域は、間隔を開けて隣り合う前記エミッタ領域の間の各範囲において前記エミッタ電極に接しているp型領域である。前記高濃度ボディ領域は、複数の前記エミッタ領域と複数の前記ボディコンタクト領域に対して下側から接するように前記長手方向に沿って伸びており、前記ボディコンタクト領域よりもp型不純物濃度が高いp型領域である。前記低濃度ボディ領域は、複数の前記エミッタ領域の下側で前記第1ゲート絶縁膜及び前記第2ゲート絶縁膜に接しており、前記ボディコンタクト領域よりもp型不純物濃度が低いp型領域である。前記ドリフト領域は、前記低濃度ボディ領域の下側で前記第1ゲート絶縁膜及び前記第2ゲート絶縁膜に接しているn型領域である。 The IGBT disclosed in the present specification is arranged in the semiconductor substrate, the first trench provided on the surface of the semiconductor substrate, the first trench, and is insulated from the semiconductor substrate by the first gate insulating film. The first gate electrode is provided, the second trench is provided on the surface of the semiconductor substrate along the first trench and is arranged at a distance from the first trench, and the inside of the second trench. A second gate electrode arranged in the semiconductor substrate and insulated from the semiconductor substrate by a second gate insulating film, and a second gate electrode arranged on the surface and insulated from the first gate electrode and the second gate electrode. Has an emitter electrode. The semiconductor substrate has a plurality of emitter regions, a plurality of body contact regions, a high-concentration body region, a low-concentration body region, and a drift region. The plurality of emitter regions are arranged between the first trench and the second trench, and are in contact with the second gate insulating film from a position in contact with the first gate insulating film in a range in contact with the emitter electrode. It extends to, and is arranged at intervals in the longitudinal direction of the first trench. The plurality of body contact regions are p-type regions that are in contact with the emitter electrodes in each range between the emitter regions that are adjacent to each other at intervals. The high-concentration body region extends along the longitudinal direction so as to be in contact with the plurality of emitter regions and the plurality of body contact regions from below, and has a higher p-type impurity concentration than the body contact regions. It is a p-type region. The low-concentration body region is in contact with the first gate insulating film and the second gate insulating film under the plurality of emitter regions, and is a p-type region having a lower p-type impurity concentration than the body contact region. is there. The drift region is an n-type region that is in contact with the first gate insulating film and the second gate insulating film below the low-concentration body region.
このIGBTでは、ボディ領域が、ボディコンタクト領域、低濃度ボディ領域及び高濃度ボディ領域を有している。半導体基板の表面に付着した異物によって、いずれかのボディコンタクト領域が覆われる場合がある。この場合、IGBTがオフするときに異物の直下のボディ領域に流入したホールは、異物に覆われたボディコンタクト領域からエミッタ電極へ流れることができないので、隣のボディコンタクト領域へ向かってボディ領域内を横方向へ流れ、隣のボディコンタクト領域からエミッタ電極へ排出される。このとき、ホールは、複数のエミッタ領域と複数のボディコンタクト領域に対して下側から接するようにトレンチの長手方向に沿って伸びている高濃度ボディ領域内を通って隣のボディコンタクト領域へ流れる。高濃度ボディ領域のp型不純物濃度が高いので、高濃度ボディ領域の抵抗は低濃度ボディ領域の抵抗よりも低い。このため、高濃度ボディ領域内をホールが横方向に流れても、高濃度ボディ領域内にほとんど電位差が生じない。このため、異物の直下のボディ領域の電位がそれほど高くならない。したがって、異物の直下のボディ領域からエミッタ領域へホールが流入し難い。このため、このIGBTでは、ラッチアップが生じ難い。 In this IGBT, the body region has a body contact region, a low-concentration body region, and a high-concentration body region. Foreign matter adhering to the surface of the semiconductor substrate may cover one of the body contact areas. In this case, the hole that has flowed into the body region directly under the foreign matter when the IGBT is turned off cannot flow from the body contact region covered with the foreign matter to the emitter electrode, and thus is inside the body region toward the adjacent body contact region. Flows laterally and is discharged from the adjacent body contact region to the emitter electrode. At this time, the hole flows to the adjacent body contact region through the high-concentration body region extending along the longitudinal direction of the trench so as to be in contact with the plurality of emitter regions and the plurality of body contact regions from below. .. Since the concentration of p-type impurities in the high concentration body region is high, the resistance in the high concentration body region is lower than the resistance in the low concentration body region. Therefore, even if the holes flow laterally in the high-concentration body region, almost no potential difference occurs in the high-concentration body region. Therefore, the potential of the body region directly under the foreign matter does not become so high. Therefore, it is difficult for holes to flow into the emitter region from the body region directly under the foreign matter. Therefore, latch-up is unlikely to occur in this IGBT.
図1〜5は、実施形態の半導体装置10を示している。図2〜5に示すように、半導体装置10は、半導体基板12と、エミッタ電極60と、コレクタ電極62を有している。エミッタ電極60は、半導体基板12の上面12aを覆っている。コレクタ電極62は、半導体基板12の下面12bを覆っている。なお、図1では、エミッタ電極60の図示が省略されており、半導体基板12の上面12aの構造が示されている。また、以下の説明では、半導体基板12の上面12aに平行な一方向をx方向といい、上面12aに平行でx方向に直交する方向をy方向といい、半導体基板12の厚み方向をz方向という。
1 to 5 show the
図1〜3に示すように、半導体基板12の上面12aには、複数のトレンチ40が設けられている。図1に示すように、各トレンチ40は、上面12aにおいてy方向に長く伸びている。トレンチ40は、互いに平行であり、x方向に間隔を開けて配置されている。なお、以下では、半導体基板12のうち、間隔を開けて隣り合う2つのトレンチ40に挟まれた範囲を、トレンチ間範囲18という。各トレンチ40の内面は、ゲート絶縁膜42によって覆われている。各トレンチ40内に、ゲート電極44が配置されている。ゲート電極44は、ゲート絶縁膜42によって半導体基板12から絶縁されている。図2、3に示すように、ゲート電極44の上面は、層間絶縁膜46によって覆われている。層間絶縁膜46は、エミッタ電極60によって覆われている。ゲート電極44は、層間絶縁膜46によってエミッタ電極60から絶縁されている。
As shown in FIGS. 1 to 3, a plurality of
図1〜5に示すように、半導体基板12は、エミッタ領域20、ボディ領域22、ドリフト領域26、バッファ領域30及びコレクタ領域32を有している。
As shown in FIGS. 1 to 5, the
エミッタ領域20は、n型領域である。図1、2、4、5に示すように、各トレンチ間範囲18に、複数のエミッタ領域20が設けられている。各エミッタ領域20は、半導体基板12の上面12aに露出しており、エミッタ電極60にオーミック接触している。図1、2に示すように、各エミッタ領域20は、エミッタ電極60に接する位置において、トレンチ間範囲18を挟んでいる2つのトレンチ40のうちの一方から他方まで伸びている。すなわち、各エミッタ領域20は、一方のトレンチ40内のゲート絶縁膜42に接する位置から他方のトレンチ40内のゲート絶縁膜42に接する位置まで伸びている。図1、4、5に示すように、各トレンチ間範囲18において、複数のエミッタ領域20が、y方向(すなわち、トレンチ40の長手方向)に間隔を開けて配置されている。
The
ボディ領域22は、p型領域である。ボディ領域22は、ボディコンタクト領域22aと、低濃度ボディ領域22bと、高濃度ボディ領域22cを有している。
The
図1、3、4に示すように、各トレンチ間範囲18に、複数のボディコンタクト領域22aが設けられている。各ボディコンタクト領域22aは、半導体基板12の上面12aに露出しており、エミッタ電極60にオーミック接触している。図1、2に示すように、各ボディコンタクト領域22aは、トレンチ間範囲18のx方向における中央部に設けられており、各トレンチ40には接していない。図1、4に示すように、各ボディコンタクト領域22aは、y方向において間隔を開けて隣り合うエミッタ領域20の間の範囲に配置されている。すなわち、図1に示すように、トレンチ間範囲18のx方向における中央部では、y方向に沿ってボディコンタクト領域22aとエミッタ領域20が交互に繰り返し出現するように配置されている。
As shown in FIGS. 1, 3 and 4, a plurality of
図2〜4に示すように、各トレンチ間範囲18に、高濃度ボディ領域22cが設けられている。各トレンチ間範囲18に、1つの高濃度ボディ領域22cが設けられている。高濃度ボディ領域22cは、ボディコンタクト領域22aよりも高いp型不純物濃度を有している。したがって、高濃度ボディ領域22cの抵抗は、ボディコンタクト領域22aの抵抗よりも低い。各高濃度ボディ領域22cは、エミッタ領域20とボディコンタクト領域22aの下部に配置されている。図2、3に示すように、各高濃度ボディ領域22cは、トレンチ間範囲18のx方向における中央部に設けられており、各トレンチ40には接していない。図4に示すように、各高濃度ボディ領域22cは、y方向に長く伸びている。高濃度ボディ領域22cは、y方向に沿って交互に繰り返し配置されているエミッタ領域20とボディコンタクト領域22aの各々に対して下側から接している。
As shown in FIGS. 2 to 4, a high-
図1〜5に示すように、各トレンチ間範囲18に、低濃度ボディ領域22bが設けられている。低濃度ボディ領域22bは、ボディコンタクト領域22aよりも低いp型不純物濃度を有している。したがって、低濃度ボディ領域22bの抵抗は、ボディコンタクト領域22aの抵抗よりも高い。図1、3に示すように、低濃度ボディ領域22bは、エミッタ領域20とボディコンタクト領域22aが存在しない範囲で、半導体基板12の上面12aに露出している。低濃度ボディ領域22bは、トレンチ40に隣接する範囲で、半導体基板12の上面12aに露出している。低濃度ボディ領域22bは、エミッタ電極60に接している。図2に示すように、低濃度ボディ領域22bは、エミッタ領域20及び高濃度ボディ領域22cの下側まで分布している。低濃度ボディ領域22bは、エミッタ領域20及び高濃度ボディ領域22cに対して下側から接している。低濃度ボディ領域22bは、エミッタ領域20の下側で、トレンチ間範囲18の両側のゲート絶縁膜42に接している。また、図3に示すように、低濃度ボディ領域22bは、エミッタ領域20が存在しない位置では、低濃度ボディ領域22bの深さ範囲の全体でゲート絶縁膜42に接している。
As shown in FIGS. 1 to 5, a low-
ドリフト領域26は、エミッタ領域20よりもn型不純物濃度が低いn型領域である。図2〜5に示すように、ドリフト領域26は、低濃度ボディ領域22bの下側に配置されている。ドリフト領域26は、複数のトレンチ間範囲18の下部に跨って分布している。ドリフト領域26は、各低濃度ボディ領域22bの下側で、各ゲート絶縁膜42に接している。ドリフト領域26は、低濃度ボディ領域22bによって、エミッタ領域20、ボディコンタクト領域22a及び高濃度ボディ領域22cから分離されている。
The
バッファ領域30は、ドリフト領域26よりもn型不純物濃度が高いn型領域である。図2〜5に示すように、バッファ領域30は、ドリフト領域26の下側に配置されている。
The
コレクタ領域32は、p型領域である。図2〜5に示すように、コレクタ領域32は、バッファ領域30の下側に配置されている。コレクタ領域32は、半導体基板12の下面12bに露出しており、コレクタ電極62にオーミック接触している。
The
IGBT10の使用時には、コレクタ電極62にエミッタ電極60よりも高い電位が印加される。ゲート電極44に閾値以上の電位を印加すると、ゲート絶縁膜42に接する範囲の低濃度ボディ領域22bにチャネルが形成され、チャネルによってエミッタ領域20とドリフト領域26が接続される。すると、電子が、エミッタ電極60から、エミッタ領域20、チャネル、ドリフト領域26、バッファ領域30及びコレクタ領域32を介してコレクタ電極62へ流れる。また、コレクタ電極62から、コレクタ領域32とバッファ領域30を介してドリフト領域26へホールが流入する。ドリフト領域26へ流入したホールは、ボディ領域22を介してエミッタ電極60へ流れる。コレクタ領域32からドリフト領域26へホールが流入することで、ドリフト領域26におけるホールの濃度が上昇し、ドリフト領域26の抵抗が低下する。このため、電子が、ドリフト領域26を低損失で通り抜けることができる。このようにして、IGBT10がオンする。
When the
ゲート電極44の電位を閾値より低い電位まで低下させると、チャネルが消失し、電子の流れが停止する。すなわち、IGBT10がオフする。このとき、ドリフト領域26に存在しているホールが、図4の矢印に示すように、低濃度ボディ領域22b、高濃度ボディ領域22c及びボディコンタクト領域22aを介してエミッタ電極60へ排出される。
When the potential of the
図6は、実施形態のIGBT10において、半導体基板12の上面12aに異物90が付着した状態を示している。異物90は、IGBT10の製造工程中に半導体基板12の上面12aに付着したものである。異物90の表面は、エミッタ電極60に覆われている。図6の例では、トレンチ40とエミッタ領域20に囲まれた1つの範囲(ボディコンタクト領域22aと低濃度ボディ領域22bが上面12aに露出している1つの範囲)が異物90によって覆われている。
FIG. 6 shows a state in which the
図6のように異物90が付着していると、異物90に覆われた範囲では、ボディコンタクト領域22aがエミッタ電極60から絶縁されている。このため、IGBT10がオフするときに、異物90の直下のボディ領域22に流入したホールは、その上部のボディコンタクト領域22aからエミッタ電極60へ流れることができない。したがって、図6の矢印に示すように、ホールは、ボディ領域22内をy方向に沿って流れて、隣のボディコンタクト領域22aからエミッタ電極60へ排出される。このとき、高濃度ボディ領域22cの抵抗が低く、かつ、高濃度ボディ領域22cが異物90に覆われているボディコンタクト領域22aの下部からその隣のボディコンタクト領域22aの下部まで伸びているので、ホールが高濃度ボディ領域22c内を通ってy方向に沿って流れる。高濃度ボディ領域22cの抵抗が低いので、ホールが高濃度ボディ領域22c内を流れるときに、高濃度ボディ領域22c内で電位差がほとんど生じない。このため、異物90の下部のボディ領域22の電位がほとんど上昇せず、異物90の下部のボディ領域22がエミッタ領域20に接する界面のpn接合に印加される順方向電圧が極めて小さい。したがって、異物90の下部のボディ領域22からエミッタ領域20にホールが流入し難い。このため、IGBT10では、ラッチアップが生じ難い。
When the
図7と図15の回路図に基づいて、上述したラッチアップの抑制について説明する。図7は実施形態のIGBT10の等価回路を示しており、図15は図14のIGBT(比較例のIGBT)の等価回路を示している。図7において、MOSFET(metal oxide semiconductor field effect transistor)202は、エミッタ領域20、ボディ領域22、ドリフト領域26及びゲート電極44によって構成されるMOSFETを表している。すなわち、MOSFET202は、IGBT10のゲート構造に相当する。図7において、トランジスタ204は、エミッタ領域20、ボディ領域22及びドリフト領域26によって構成されているnpn型のトランジスタを表している。MOSFET202のソースとトランジスタ204のエミッタは、共通のエミッタ領域20で構成されており、エミッタ領域20はエミッタ電極60に接続されている。MOSFET202のドレインとトランジスタ204のコレクタは、共通のドリフト領域26で構成されている。図7において、トランジスタ206は、ボディ領域22、ドリフト領域26及びコレクタ領域32によって構成されるpnp型のトランジスタを表している。トランジスタ204のベースとトランジスタ206のコレクタは共通のボディ領域22で構成されている。トランジスタ204のコレクタとトランジスタ206のベースは、共通のドリフト領域26によって構成されている。トランジスタ206のエミッタは、コレクタ領域32によって構成されており、コレクタ領域32はコレクタ電極62に接続されている。図7において、抵抗素子208は、IGBTがオフするときにホールが流れる経路(図4、6の矢印参照)の抵抗を表している。抵抗素子208の抵抗は、ボディ領域22の抵抗に相当する。また、図15の等価回路も、図7と略同様に、図14のIGBTを表している。なお、図15において、ゲート電極GはMOSFET202のゲート電極(すなわち、IGBTのゲート電極)を表している。
The suppression of the latch-up described above will be described with reference to the circuit diagrams of FIGS. 7 and 15. FIG. 7 shows an equivalent circuit of the
図14、15のIGBTは、ボディ領域104が高濃度ボディ領域を有しておらず、ボディ領域104が高い抵抗を有している。このため、図14、15のIGBTでは、異物120の付着によりホールが流れるときの経路(図14の矢印参照)が長くなると、抵抗素子208の抵抗が高くなる。このため、異物120の直下でボディ領域104(トランジスタ204のベース)の電位が高くなり、トランジスタ204にベース電流が流れ易い。トランジスタ204にベース電流が流れると、トランジスタ204がオンする。すると、トランジスタ206にもベース電流が流れ、トランジスタ206がオンする。トランジスタ204、206がオンすると、コレクタ電極112とエミッタ電極110の間の電位差が小さくなるまでトランジスタ204、206に流れ続ける。つまり、ゲート電極Gの電位で電流を制御できなくなる。すなわち、ラッチアップが生じる。このように、図14、15のIGBTでは、ラッチアップが生じやすい。
In the IGBTs of FIGS. 14 and 15, the
これに対し、実施形態のIGBT10では、図6のように異物90が付着すると、ホールが高濃度ボディ領域22c内を流れる。高濃度ボディ領域22cの抵抗が低いので、異物90が付着した場合でも、図7の抵抗素子208の抵抗がそれほど高くならない。このため、トランジスタ204にベース電流が流れ難く、ラッチアップが生じ難い。このように、本実施形態のIGBT10によれば、ラッチアップを抑制することができる。
On the other hand, in the
図8〜図13は、実施形態のIGBT10の製造工程において、ボディコンタクト領域22aと高濃度ボディ領域22cを形成する工程を示している。図8、10、12が図4に相当する断面を示しており、図9、11、13が図3に相当する断面を示している。まず、図8、9に示すようにエミッタ領域20と低濃度ボディ領域22bを形成した後に、ボディコンタクト領域22aを形成すべき範囲に開口302を有するマスク300を形成する。次に、マスク300を介して、半導体基板12の上面12aにp型不純物を注入する。ここでは、半導体基板12の上面12a近傍の深さ範囲(ボディコンタクト領域22aを形成すべき深さ範囲)にp型不純物を注入する。次に、マスク300を除去する。次に、図10、11に示すp型不純物の注入を実施する。ここでは、図11に示すように、マスク310を形成する。マスク310は、高濃度ボディ領域22cを形成すべき範囲に開口312を有している。なお、図10に示す断面は、開口312内に位置しており、マスク310に覆われていない。次に、マスク310を介して、半導体基板12の上面12aにp型不純物を注入する。ここでは、図8、9でp型不純物を注入した深さ範囲よりも深い範囲(高濃度ボディ領域22cを形成すべき深さ範囲)にp型不純物を注入する。また、ここでは、図8、9のp型不純物注入工程よりも高濃度にp型不純物を注入する。次に、マスク310を除去し、半導体基板12を加熱する。これによって、半導体基板12に注入されたp型不純物を活性化させる。その結果、図12、13に示すように、ボディコンタクト領域22aと高濃度ボディ領域22cが形成される。
8 to 13 show a step of forming a
以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの1つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。 Although the embodiments have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of claims. The techniques described in the claims include various modifications and modifications of the specific examples illustrated above. The technical elements described in the present specification or drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the techniques illustrated in this specification or drawings achieve a plurality of objectives at the same time, and achieving one of the objectives itself has technical usefulness.
10:半導体装置
12:半導体基板
18:トレンチ間範囲
20:エミッタ領域
22:ボディ領域
22a:ボディコンタクト領域
22b:低濃度ボディ領域
22c:高濃度ボディ領域
26:ドリフト領域
30:バッファ領域
32:コレクタ領域
40:トレンチ
42:ゲート絶縁膜
44:ゲート電極
46:層間絶縁膜
60:エミッタ電極
62:コレクタ電極
10: Semiconductor device 12: Semiconductor substrate 18: Inter-trench range 20: Emitter region 22:
Claims (1)
前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタが、
半導体基板と、
前記半導体基板の表面に設けられている第1トレンチと、
前記第1トレンチ内に配置されており、第1ゲート絶縁膜によって前記半導体基板から絶縁されている第1ゲート電極と、
前記半導体基板の表面に前記第1トレンチに沿って設けられており、前記第1トレンチから間隔を開けて配置されている第2トレンチと、
前記第2トレンチ内に配置されており、第2ゲート絶縁膜によって前記半導体基板から絶縁されている第2ゲート電極と、
前記表面上に配置されており、前記第1ゲート電極及び前記第2ゲート電極から絶縁されているエミッタ電極、
を有し、
前記半導体基板が、
前記第1トレンチと前記第2トレンチの間に配置されており、前記エミッタ電極に接する範囲において前記第1ゲート絶縁膜に接する位置から前記第2ゲート絶縁膜に接する位置まで伸びており、前記第1トレンチの長手方向に間隔を開けて配置されている複数のn型のエミッタ領域と、
間隔を開けて隣り合う前記エミッタ領域の間の各範囲において前記エミッタ電極に接している複数のp型のボディコンタクト領域と、
複数の前記エミッタ領域と複数の前記ボディコンタクト領域に対して下側から接するように前記長手方向に沿って伸びており、前記ボディコンタクト領域よりもp型不純物濃度が高いp型の高濃度ボディ領域と、
複数の前記エミッタ領域の下側で前記第1ゲート絶縁膜及び前記第2ゲート絶縁膜に接しており、前記ボディコンタクト領域よりもp型不純物濃度が低いp型の低濃度ボディ領域と、
前記低濃度ボディ領域の下側で前記第1ゲート絶縁膜及び前記第2ゲート絶縁膜に接しているn型のドリフト領域、
を有し、
前記半導体基板の前記表面にp型不純物を注入する第1工程と、
前記半導体基板の前記表面に、前記第1工程でp型不純物を注入した範囲よりも深い範囲に、前記第1工程よりも高濃度にp型不純物を注入する第2工程と、
前記半導体基板を加熱することによって、前記第2工程でp型不純物濃度が上昇した範囲に前記高濃度ボディ領域を形成するとともに、前記第1工程でp型不純物を注入した前記範囲のうちの前記第2工程でp型不純物濃度が上昇した前記範囲よりも浅い範囲に前記ボディコンタクト領域を形成する第3工程、
を有する製造方法。 It is a manufacturing method of an insulated gate bipolar transistor.
The insulated gate bipolar transistor
With a semiconductor substrate
The first trench provided on the surface of the semiconductor substrate and
The first gate electrode, which is arranged in the first trench and is insulated from the semiconductor substrate by the first gate insulating film,
A second trench provided on the surface of the semiconductor substrate along the first trench and arranged at intervals from the first trench, and
A second gate electrode arranged in the second trench and insulated from the semiconductor substrate by the second gate insulating film,
An emitter electrode that is arranged on the surface and is insulated from the first gate electrode and the second gate electrode.
Have,
The semiconductor substrate
It is arranged between the first trench and the second trench, and extends from a position in contact with the first gate insulating film to a position in contact with the second gate insulating film in a range in contact with the emitter electrode. A plurality of n-type emitter regions arranged at intervals in the longitudinal direction of one trench,
A plurality of p-shaped body contact regions in contact with the emitter electrode in each range between the emitter regions adjacent to each other at intervals.
A p-type high-concentration body region that extends along the longitudinal direction so as to be in contact with the plurality of emitter regions and the plurality of body contact regions from below, and has a higher p-type impurity concentration than the body contact regions. When,
A p-type low-concentration body region that is in contact with the first gate insulating film and the second gate insulating film under the plurality of emitter regions and has a lower p-type impurity concentration than the body contact region.
An n-type drift region that is in contact with the first gate insulating film and the second gate insulating film below the low-concentration body region.
Have a,
The first step of injecting p-type impurities into the surface of the semiconductor substrate and
A second step of injecting p-type impurities into the surface of the semiconductor substrate at a concentration higher than that of the first step in a range deeper than the range in which the p-type impurities were injected in the first step.
By heating the semiconductor substrate, the high-concentration body region is formed in the range where the p-type impurity concentration is increased in the second step, and the p-type impurity is injected in the first step. The third step of forming the body contact region in a range shallower than the range in which the p-type impurity concentration increased in the second step,
Manufacturing method having.
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